基于聚合物支撑形貌液晶/聚合物光栅的低阈值分布反馈式激光器

利用低光强曝光进行全息液晶/聚合物光栅(HPDLC)的制备,获得了内部无液晶微滴具有聚合物支撑形貌的低散射透射光栅结构.分别研究了染料PM567,DCM,DCJTI的放大的自发辐射(ASE)阈值及相对出射光强等性质,得到三种染料中DCJIT的ASE阈值最低,相对出射光强最高,表明DCJTI更适于制备低阈值、高转化效率激光器.分别采用这三种染料制备基于聚合物支撑形貌光栅的分布反馈式激光器,通过改变光栅周期得到不同出射波长的激光.其中,以DCJTI为工作物质,得到中心波长为648 nm,阈值为0.65μJ/pulse,转化效率为1.6%,线宽为0.3 nm的高性能激光.与国内外同类激光器相比,在阈值、转化效率、线宽三个方面均有不同程度的提高.     

基于低散射和高增益全息液晶/聚合物光栅的分布反馈式激光器

利用低官能度的丙烯酸酯单体进行全息液晶/聚合物光栅的制备, 获得了具有聚合物支撑形貌的光栅结构. 由于这种光栅内部不存在液晶微滴, 当作为分布反馈式激光器的谐振腔时, 可以有效降低光栅内部的散射损失(<4%), 降低激光腔损耗. 此外, 选用的高折射率单体提升了光栅的折射率调制量, 增强了光栅的反馈增益. 在以上两种因素的共同作用下, 采用染料DCM为激光工作物质, 以532 nm的Nd:YAG脉冲激光器作为抽运光源, 最终获得了中心波长为635 nm, 转化效率为1.2%的高性能激光, 在以阈值能量0.8 μJ/pulse抽运下获得激光线宽0.3 nm, 较之国内外同类激光器的报道, 在阈值、线宽、转化效率三方面均有不同程度提升.     

基于透射式液晶/聚合物光栅的分布反馈式激光器的研究

本文研究了染料掺杂透射式液晶/聚合物光栅的制备以及基于透射式液晶/聚合物光栅的分布反馈式激光器的激光特性.实验选取DCM作为激光染料,制备了周期为586 nm的掺杂DCM的透射式液晶/聚合物光栅;使用532 nm输出的Nd ∶YAG倍频脉冲激光器作为抽运光源对染料掺杂液晶/聚合物光栅进行侧面抽运,得到了中心波长为603 nm的窄线宽、低阈值激光输出.激光线宽为1.4 nm、阈值能量约为17.3 μJ,与之前国外的报道相比,阈值能量有了很大幅度的降低. 关键词： 液晶/聚合物光栅 分布反馈式激光器 阈值 线宽     

基于全息液晶/聚合物光栅的分布反馈式激光器的波长调谐特性研究

首先制备了不同周期的染料掺杂全息液晶/聚合物光栅并进行激光抽运实验, 得到了激光器的调谐曲线,确定了激光器在574 nm到685 nm的谱带里均可以实现激光输出, 即激光器具有110 nm左右的可调谐范围. 之后, 通过温控仪控制样品的温度, 对周期为610 nm的染料掺杂全息液晶/聚合物光栅进行激光抽运, 探测不同温度下的输出激光光谱, 观察到随着温度由20℃升高到65℃, 激光器的中心波长由627.9 nm减小到623 nm, 产生了4.9 nm的波长蓝移.     

基于全息聚合物分散液晶的有机二维光子晶体激光器的研究

采用一次性曝光光路制备了基于全息聚合物分散液晶的亚微米周期染料掺杂二维光子晶体,晶格常数为582nm.选取4-(二氰亚甲基)-2-甲基-6-(4-二甲氨基苯乙烯基)-4H-吡喃作为激光染料,利用输出波长为532nm的Nd:YAG倍频脉冲激光器作为抽运光源对染料掺杂二维光子晶体进行抽运,得到了中心波长为627.4nm的窄线宽、低阈值的输出激光,激光线宽为0.4nm,阈值能量约为22.7 μJ.与目前国外的报道相比,激光线宽和阈值能量都有了很大幅度的降低.将其与基于一维光栅的分布反馈式激光器相比,线宽从1.4 关键词： 全息聚合物分散液晶 二维光子晶体激光器 带隙结构 阈值能量     

SU-8光栅结构中的液晶激光特性

设计制作了SU-8光栅结构的染料掺杂手性向列相液晶激光器件,在器件正面和侧面均实现了随机激光辐射。将激光染料PM597、手性剂S-811、向列性液晶TEB30A按一定比例均匀混合,注入反平行摩擦处理的液晶盒中,器件的下基板通过光掩模法刻蚀出周期为15μm的光栅。利用532 nm的Nd∶YAG固体脉冲激光器作为泵浦源,器件的侧面既在580~590 nm范围内出现了多个离散分立的随机激光辐射峰,FWHM约0.19 nm,又在579~585 nm范围内出现独立的两个激光辐射峰,FWHM约0.19 nm;在器件正面获得了584~590 nm范围的随机激光辐射谱,FWHM约0.17 nm。加热器件至61℃,液晶相变为各向同性态,器件侧面仍出现了波长约590.60 nm、FWHM约0.24 nm的激光辐射峰。分析得出,液晶盒中引入SU-8光栅结构后,光子同时在液晶分子间多重散射和SU-8光栅中布拉格反射获得反馈放大,两种机制相辅相成。器件侧面出现的独立激光辐射峰主要由SU-8光栅布拉格反射提供反馈放大形成,而器件侧面和正面的随机激光辐射峰主要由液晶分子间多重散射提供反馈放大形成。     

染料掺杂液晶激光器的光谱特性研究

首先从理论上计算出了染料(DCM)掺杂液晶激光器的泵浦阈值能量为9.2×10-7 J,从而选定了最适合的泵浦光源,并在此基础上设计了相应的泵浦光路。通过检测输出激光的光强和波长,从光栅周期、外加电场两个方面着手对激光器的输出光谱进行了特性研究,结果表明,通过改变光栅周期就可以实现出射激光波长在100 nm范围内(585～685 nm)的调谐,符合理论计算值。与此同时,通过施加外加电场也可以实现出射波长的调谐,虽然调谐范围较小,但是也实现了输出激光强度的调谐,强度调谐幅度高达90.2%。染料掺杂液晶激光器的波长和光强双向可调谐特性,大大拓展了其在全光网络通信的应用前景。但是,当电场从0 V·μm-1增加到20 V·μm-1时,出射激光的线宽也从0.4 nm增加到了1.5 nm,在激光器的可调谐应用中也应注意线宽的变化。     

激光烧蚀制备分布反馈式有机激光器件

采用激光烧蚀的方法结合激光全息技术,直接在高分子聚合物MEH-PPV薄膜表面烧蚀光栅结构,制备了分布反馈式有机激光器。这一方法具有工艺简单、光栅参数的可控性和重复性好等优点。器件MEH-PPV的膜厚是400 nm。利用波长为355 nm的Nd-YAG纳秒激光器进行单脉冲烧蚀,获得的光栅周期和光栅高度分别为370 nm和 100 nm。利用飞秒激光放大器作为泵浦源激射DFB激光器件,得到激射阈值约为182 μJ·cm^-2·pulse^-1,光谱的波峰约在609 nm处,半高宽为4.2 nm。通过改变两光束的夹角获得了周期为360, 370, 380, 390 nm的光栅,它们对应的激光波峰分别为602.91, 609.24, 613.26, 619.01 nm。     

染料掺杂聚合物分散胆甾相液晶薄膜激光特性研究

采用激光染料DCM、向列相液晶TEB30A、手性剂S-811、聚乙烯醇(PVA), 通过微胶囊法制备了聚合物分散胆甾相液晶薄膜, 测量激光辐射谱, 研究了其激光辐射机理和温度调谐特性. 利用正交偏光显微镜观察器件织构, 看到液晶微滴分散均匀, 尺寸较大, 约为80 μm, 并且微滴中液晶分子呈现平面态排列织构. 以532 nm的Nd:YAG固体激光器作为抽运源, 测得在634.5 nm和680.2 nm波长处出现了尖锐的激光辐射峰, 线宽分别约为0.25 nm, 0.29 nm. 并与染料掺杂胆甾相液晶激光器件进行比较. 升高器件温度, 其输出激光波长蓝移, 获得666.7 nm至643.9 nm共22.8 nm的调谐范围. 由实验结果分析得出, 激光辐射机理为光子禁带末端激光, 出射波长分别对应光子禁带的两个边沿.     

双重复合式液晶/聚合物电调谐光栅的制备

采用一次性全息曝光的方法同时在样品上制备了周期分别为1μm和4μm,衍射效率电场可调的双重复合式液晶/聚合物光栅.使用He-Ne激光器对复合光栅的衍射特性进行了实验研究,发现光栅存在两个1级衍射极强峰.对峰值衍射效率的测定结果表明,周期1μm的光栅衍射效率为90%,周期4μm的光栅,60%.结合耦合波理论计算了周期1μm和4μm光栅的衍射效率理论值,分别为92.57%和63.68%.实验结果与理论值符合得非常好.对电光特性的测试表明该复合光栅内的两套子光栅的驱动电压V₉₀关键词： 光栅 液晶     

梯度掺杂体异质结对有机太阳能电池光电转换效率的影响

基于传统的体异质结有机太阳能电池结构, 对结构中的混合层改用梯度掺杂的方法, 在AM1.5, 100 mW/cm²光照下, 使得器件的短路电流由原来的7.72 mA/cm²提高到了9.18 mA/cm², 相应的光电转换效率提高了25%. 器件性能的提升归因于梯度掺杂体系的引入使得体异质结混合层中同一材料分子之间形成了较好的连续网络结构, 降低了器件的串联电阻, 提高了电极对载流子的收集效率, 从而提高了器件的光电转换效率. 关键词： 有机太阳能电池 体异质结 梯度掺杂     

基于TiO_2纳米粒子薄膜的低阈值随机激光器的动力学研究

本文利用共轭聚合物(MEH-PPV)覆盖TiO_2纳米粒子薄膜制作随机激光器。随机TiO_2纳米粒子薄膜的激光辐射阈值比平面MEH-PPV薄膜的放大自发辐射阈值缩小了9倍。这是由于TiO_2纳米粒子诱导的多重散射造成的。进一步的飞秒荧光上转换实验表明,随机激光器中,光在增益介质里的停留时间有所增加,这直接证实了光在随机激光器结构中的多重散射引起光的传播路径增加。因此,这会促进更多的光发生辐射,从而降低随机激光器的阈值。     

Electrical conductivity, optical and metal–semiconductor contact properties of organic semiconductor based on MEH-PPV/fullerene blend

The electrical conductivity, optical and metal–semiconductor contact properties of the MEH-PPV:C₇₀ organic semiconductor have been investigated. The electrical conductivity results show that the MEH-PPV:C₇₀ film is an organic semiconductor. The optical band gap of the film was found to be 2.06 eV and the fundamental absorption edge in the film is formed by the direct allowed transitions. The refractive index dispersion curve of the film obeys the single oscillator model and E_d and E_o dispersion parameters were found to be 10.61 and 3.89 eV, respectively. The electrical characterization of the ITO/MEH-PPV:C₇₀ diode have been investigated by current–voltage characteristics. ITO/MEH-PPV:C₇₀ diode indicates a non-ideal current–voltage behavior with ideality factor n (2.50) and barrier height φ_B (0.90 eV) values.     

TE0导模干涉刻写周期可调亚波长光栅理论研究

通过棱镜耦合激发非对称金属包覆介质波导结构中的TE₀导波模式, 利用两束TE₀模的干涉从理论上实现了周期可调的亚波长光栅刻写. 分析了TE₀模式的色散关系, 刻写亚波长光栅的周期与激发光源、棱镜折射率、光刻胶薄膜厚度及折射率之间的关系. 用有限元方法数值模拟了金属薄膜、光刻胶薄膜和空气多层结构中TE₀导模的干涉场分布. 研究发现, 激发光源波长越短, TE₀ 模干涉刻写的亚波长光栅周期越小; 光刻胶越厚, 刻写的亚波长光栅周期越小; 高折射率光刻胶有利于更小周期亚波长光栅的刻写. 相较于表面等离子体干涉光刻, 基于TE₀ 模的干涉可在厚光刻胶条件下通过改变激发光源、棱镜折射率、光刻胶材料折射率、特别是光刻胶薄膜的厚度等多种方式实现对亚波长光栅周期的有效调控.     

Effects of short-range attraction on Jamming transition

Enormous progresses to understand the jamming transition have been driven via simulating purely repulsive particles which were somehow idealized in the past two decades. While the attractive systems are both theoretical and practical compared with repulsive systems. By studying the statistics of rigid clusters, we find that the critical packing fraction φ_c varies linearly with attraction μ for different system sizes when the range of attraction is short. While for systems with long-range attractions, however, the slope of φ_c appears significantly different, which means that there are two distinct jamming scenarios. In this paper, we focus our main attention on short-range attractions scenario and define a new quantity named "short-range attraction susceptibility" χ_p, which describes the degree of response of the probability of finding jammed states pjto short-range attraction strength μ. Our central results are that χ_p diverges in the thermodynamic limit as χ_p ∝|φ-φ_c~∞|~(-γ_p), where φ_c~∞ is the packing fraction at the jamming transition for the infinite system in the absence of attraction. χ_p obeys scaling collapse with a scaling function in both two and three dimensions, illuminating that the jamming transition can be considered as a phase transition as proposed in previous work.     

窄线宽脉冲光纤激光的自相位调制预补偿研究

自相位调制(SPM)效应会展宽窄线宽脉冲光纤激光的光谱宽度,降低其相干性.通过相位调制对SPM引起的非线性相移进行预补偿,能够使脉冲激光在光纤中进行放大和传输后保持种子激光的光谱特性.基于三波耦合方程开展数值仿真,研究了在对SPM进行"欠补偿","完全补偿"和"过补偿"的情况下,SPM预补偿对受激布里渊散射阈值和激光光谱特性的影响.开展了SPM预补偿实验研究,将脉冲激光的光谱宽度从1.4 GHz压缩到120 MHz.研究内容可以为窄线宽脉冲光纤激光系统的设计搭建提供参考.     

铁电体中极化长程涨落的光子关联谱实验研究

从极化团簇的随机涨落出发, 利用维纳过程模型, 推导了铁电体中极化长程涨落的弛豫规律以及光强自相关函数所可能的表现形式. 阐述了微观极化团簇的弛豫过程与宏观测量弛豫规律之间的联系. 通过对原有氦氖激光光子关联谱实验装置进行改进, 观测了BaTiO₃和0.71Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.29PbTiO₃单晶中极化团簇长程涨落在居里点和立方到四方相变点附近的弛豫过程. 在BaTiO₃中发现极化团簇长程涨落在居里点之上4 K存在双弛豫现象, 此现象与其有序无序相变机理相联系. 在Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.29PbTiO₃中发现极化团簇长程涨落在相变点两侧都存在双弛豫现象. 利用推导的理论结果很好地拟合了实验结果并提取了极化团簇长程涨落的弛豫时间. 两种样品中极化团簇长程涨落的弛豫时间都在相变点出现突变, 并呈现临界慢化现象.     

缩胺基脲和缩硫代胺基脲的核磁共振研究

本文研究了十二个缩胺基脲和缩硫代胺基脲化合物的¹H,¹³C核磁共振谱。指出芳环¹³C及¹H的δ_c和δ_H分别服从δ_c(1)=δ_c(0)+∑_js_ji及δ_H=7.41-∑s公式,而且δ_c与Hammett常数σ_p,π-电子云密度ρ_x以及δ_H-5ρ_p均有良好的线性关系。缩硫代胺基脲化合物具有一定的抗结核生物活性,而缩胺基脲化合物完全无此性质。同时,缩硫代胺基脲化合物的抗结核活性及其伴生的毒性又与母体羰基化合物的结构有关,因此引起人们一定的关注,并用X光衍射,电子吸收光谱,振动光谱等方法对此两类化合物的结构与性能间的关系进行了研究。但迄今为止,此两类化合物的¹³C NMR工作尚未见诸报道,¹H NMR的研究也比较少。为此,我们对这两类化合物¹³C NMR和¹H NMR进行了较系统的研究。这不仅为测定此两类未知化合物结构提供判据,而且对深入了解波谱参数和结构,以及结构与性能之间的联系亦是有益的。     

Ge-Sb-Se硫系玻璃的折射率和热光系数

Ge-Sb-Se硫系玻璃被认为是极佳的红外传输材料和有潜力的非线性光学材料.在光学设计中,玻璃的线性折射率(n)及其热光系数(ζ)是关键技术参数.以预测和调控Ge-Sb-Se玻璃的n和ζ为目的,考察了玻璃的n,ζ,密度(d)和体积膨胀系数(β)与化学参数dSe和拓扑网络结构参数r的内在联系.研究发现,玻璃的n随d的增加而增大;ζ随β的增大而近似线性减小;β随dSe的减小或r的增大而减小;当Ge含量固定时, d随dSe的减小或r的增大而增大,当Sb含量固定时, d在dSe=0时具有最小值.基于实测d和n,拟合获得了Ge, Sb和Se元素在2—12μm波段的摩尔折射度(R_i),分别为R_(Ge)=10.16—10.50 cm~3/mol,RSb=16.71—17.08 cm~3/mol和RSe=11.15—11.21 cm~3/mol,根据d和R_i计算得到的n与实测值的偏差小于1%.基于实测ζ和β,拟合得到了Ge, Sb和Se元素在2—12μm波段的摩尔折射度温度系数(φ_i),分别为φ_(Ge)=21.1—22.6 ppm/K,φ_(Sb)=7.2—8.4 ppm/K和φ_(Se)=90.2—94.2 ppm/K,根据β和φ_i计算得到的ζ与实测值的偏差小于6 ppm/K.